集电线路及升压变电站防雷课件

1、风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地 长春工程学院能源动力工程学院长春工程学院能源动力工程学院风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷主要内容简介主要内容简介 第第4章章 集电线路及升压变电站防雷集电线路及升压变电站防雷 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 1 1、集电线路过电压、集电线路过电压 （1）集电线路构成简介集电线路构成

2、简介 构成构成 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 1 1、集电线路过电压、集电线路过电压 （1）集电线路构成简介集电线路构成简介 杆塔类型杆塔类型 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 1 1、集电线路过电压、集电线路过电压 （1）集电线路构成简介集电线路构成简介 杆塔类型杆塔类型 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电

3、站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 1 1、集电线路过电压、集电线路过电压 （1）集电线路构成简介集电线路构成简介 杆塔类型杆塔类型 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 1 1、集电线路过电压、集电线路过电压 （2）过电压的类型过电压的类型 直击雷过电压直击雷过电压 感应雷过电压感应雷过电压 （3）防雷）防雷技术指标技术指标 耐雷水平耐雷水平 ：线路遭受雷击时，线路绝缘所能耐受的不线路遭受雷击时，线路绝缘所能耐受的不至于引起绝缘闪络的最大雷电流幅值（至于引起绝缘闪

4、络的最大雷电流幅值（KAKA）。）。衡量防雷衡量防雷性能指标。性能指标。 雷击跳闸率：雷击跳闸率：雷暴日数雷暴日数T Td d=40=40的条件下，每的条件下，每100km100km的集的集电线路每年因雷击而引起的跳闸次数，电线路每年因雷击而引起的跳闸次数，衡量线路防雷性衡量线路防雷性能的综合指标。能的综合指标。 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 2 2、集电线路的直击雷情形、集电线路的直击雷情形 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及

5、升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 雷击杆塔时的雷击杆塔时的“反击反击” dtdiLiRdtdiLiRULgtLchgtgtgtchtd塔顶电位塔顶电位 ：分流系数：分流系数： iL:雷电流雷电流当雷击杆塔时，绝大部分雷电流当雷击杆塔时，绝大部分雷电流会通过杆塔接地装置流入大地。巨会通过杆塔接地装置流入大地。巨大的雷电流会在杆塔电感和杆塔接大的雷电流会在杆塔电感和杆塔接地电阻上产生很高的电位，使原来地电阻上产生很高的电位，使原来电位为零的接地杆塔带上了高电位，电位为零的接地杆塔带上了高电位，此时杆塔将通过绝缘子串对导线逆此时杆塔将通过绝缘子串对导线逆向放电，造成向放

6、电，造成闪络闪络。由于这种闪络。由于这种闪络是由接地杆塔的电位升高所引起的，是由接地杆塔的电位升高所引起的，故又称为故又称为“反击反击”。2 2、集电线路的直击雷情形、集电线路的直击雷情形 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 雷击击杆率雷击击杆率 在线路落雷总次数中雷击杆塔的次数与避雷线的根数和经过地区的地形有关。 击杆率：雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值，称为击杆率g2 2、集电线路的直击雷情形、集电线路的直击雷情形 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变

7、电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 雷击避雷线雷击避雷线 2 2、集电线路的直击雷情形、集电线路的直击雷情形 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 总结总结1 1： 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 总结总结2 2： 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线

8、路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 总结总结3 3： 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 总结总结4 4： 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 2 2、集电线路的直击雷情形、集电线路的直击雷情形 绕击绕击 避雷线对边相导线的保护角风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过

9、电压 2 2、集电线路的直击雷情形、集电线路的直击雷情形 绕击时导线上的电压绕击时导线上的电压 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷一、集电线路的雷击过电压一、集电线路的雷击过电压 2 2、集电线路的直击雷情形、集电线路的直击雷情形 耐雷水平耐雷水平 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷二、集电线路的雷击跳闸率二、集电线路的雷击跳闸率 1 1、集电线路、集电线路直击雷跳闸条件直击雷跳闸条件 （1 1）雷电流超过线路耐雷水平雷电流超过线路耐雷水平（2 2）冲击闪络在导线上工

10、作电压的作用下转变成稳定的工冲击闪络在导线上工作电压的作用下转变成稳定的工频电弧频电弧2 2、 建弧率建弧率 建弧率建弧率是指冲击闪络转变为是指冲击闪络转变为稳定工频电弧的概率稳定工频电弧的概率，用，用（%）来表示。）来表示。根据试验运行经验，建弧率根据试验运行经验，建弧率（%）可用下式表示）可用下式表示0.754.514(%)E式中，式中，E为绝缘子串的平均运行电压梯度（为绝缘子串的平均运行电压梯度（KV/m）风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷3 3、雷击杆塔时的跳闸率、雷击杆塔时的跳闸率 n1n1 两根避雷线间距离两根避雷线间

11、距离避雷线平均对地高度避雷线平均对地高度若击杆率为若击杆率为g，则每，则每100km线路每年雷击杆塔次数为线路每年雷击杆塔次数为0.28(b+4hs)g次。若次。若雷电流幅值大于雷击杆塔时的耐雷水平雷电流幅值大于雷击杆塔时的耐雷水平I1的概率为的概率为P1，建弧率为，建弧率为，则每，则每100km线路每年因雷击杆塔的线路每年因雷击杆塔的跳闸次数跳闸次数n1为为二、集电线路的雷击跳闸率二、集电线路的雷击跳闸率 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷4 4、 绕击跳闸率绕击跳闸率 n2n2 雷电流幅值雷电流幅值超过绕击耐雷水平超过绕击耐雷

12、水平I2的概率为的概率为P2，建弧率为，建弧率为，则每则每100km线路每年绕击跳闸次数线路每年绕击跳闸次数n2为：为：5 5、线路雷击跳闸率、线路雷击跳闸率 n n 线路雷击跳闸率只线路雷击跳闸率只考虑雷击杆塔和雷绕击于导线考虑雷击杆塔和雷绕击于导线两两种情况。故有避雷线的线路，雷击总跳闸率为：种情况。故有避雷线的线路，雷击总跳闸率为：二、集电线路的雷击跳闸率二、集电线路的雷击跳闸率 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷三、集电线路的感应雷过电压三、集电线路的感应雷过电压 1 1、感应雷过电压的特点、感应雷过电压的特点 感应雷过电

13、压的极性与雷电极性相反；感应雷过电压的极性与雷电极性相反； 同时存在于三相导线，相间无相位差，只能相地闪络；同时存在于三相导线，相间无相位差，只能相地闪络； 幅值一般不超过幅值一般不超过500KV500KV，35KV35KV以下可能造成闪络。以下可能造成闪络。2 2、感应雷过电压的计算、感应雷过电压的计算 计算条件：计算条件： 当雷击点离开线路的距离当雷击点离开线路的距离s大于大于65m时，根据线路时，根据线路是否是否架设避雷线架设避雷线，可以分以下两种情况分别计算线路上的感应，可以分以下两种情况分别计算线路上的感应过电压。过电压。风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变

14、电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷 导线上方无避雷线：导线上方无避雷线： dgd25IhUs导线上的感应电压最大值导线上的感应电压最大值雷击点与线路的垂直距离雷击点与线路的垂直距离导线悬挂的平均高度导线悬挂的平均高度雷电流幅值雷电流幅值 导线上方有避雷线：导线上方有避雷线： 导线上的感应电压最大值导线上的感应电压最大值gd0dbgd(1)hUUkh避雷线悬挂的平均高度避雷线悬挂的平均高度导线悬挂的平均高度导线悬挂的平均高度避雷线与导线耦合系数避雷线与导线耦合系数感应过电压降低了！感应过电压降低了！三、集电线路的感应雷过电压三、集电线路的感应雷过电压 2 2、感应雷过电压的计算、感应雷过电压的

15、计算 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷四、集电线路的雷电防护四、集电线路的雷电防护 1 1、架设避雷线、架设避雷线2 2、降低杆塔接地电阻、降低杆塔接地电阻3 3、加强线路绝缘、加强线路绝缘4 4、架设耦合地线、架设耦合地线5 5、采用消弧线圈、采用消弧线圈6 6、装设自动重合闸、装设自动重合闸7 7、采用不平衡绝缘方式。、采用不平衡绝缘方式。9 9、装设避雷器、装设避雷器风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷五、升压变电站的直击雷保护五、升压变电站的直击雷保护 1 1

16、、升压变电站的防雷保护、升压变电站的防雷保护 风电场升压变电站是风电场的枢纽，雷击会引起变风电场升压变电站是风电场的枢纽，雷击会引起变压器等重要电气设备绝缘毁坏，造成供电区域内大面积、压器等重要电气设备绝缘毁坏，造成供电区域内大面积、长时间停电，给国民经济带来严重损失，因此，风电场长时间停电，给国民经济带来严重损失，因此，风电场升压变电站的雷电防护必须十分可靠。升压变电站的雷电防护必须十分可靠。升升压压变变电电站站雷雷击击保保护护直击雷：入侵波：避雷针或避雷线避雷器；进线段加装辅助防护措施风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷五、升压

17、变电站的直击雷保护五、升压变电站的直击雷保护 2 2、升压变电站的防雷等级、升压变电站的防雷等级一类建筑物一类建筑物 （1）年预计雷击次数：）年预计雷击次数：1.30.02gedeNkN AkTA等效落雷面积等效落雷面积 年均雷电日数年均雷电日数 年均落雷密度年均落雷密度 校正系数校正系数 K=2：旷野的孤立建筑物：旷野的孤立建筑物 K=1.7：金属屋面砖木结构建筑物：金属屋面砖木结构建筑物 K=1.5：河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较低处、地下水露头处、：河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较低处、地下水露头处、土山顶处、山谷风口处及特别潮湿处建筑物土山顶处、山谷风口处及特别潮湿处建筑

18、物 K=1：其他处：其他处风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷五、升压变电站的直击雷保护五、升压变电站的直击雷保护 2 2、升压变电站的防雷等级、升压变电站的防雷等级一类建筑物一类建筑物 （2）防直击雷关键距离）防直击雷关键距离 母线母线 避雷针避雷针构架高构架高避雷针冲击避雷针冲击接地电阻接地电阻避雷针避雷针等值电感等值电感雷电流雷电流避雷针与被保护设备构避雷针与被保护设备构架间的空气间隙架间的空气间隙避雷针接地装置与被保护设备避雷针接地装置与被保护设备接地装置在土壤中间隙接地装置在土壤中间隙雷电流参数：雷电流参数：iL=100k

19、A diL/dt=38.5kA/us L=1.55uH/m避雷针电位：避雷针电位：Uk=100Rch+60h接地装置电位：接地装置电位：Ud=100Rch取空气抗电强度：取空气抗电强度：500kV/m取土壤抗电强度：取土壤抗电强度：300kV/mSk0.2Rch+ 0.1h （一般（一般5m）Sd0.3 Rch （一般（一般 3m）风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷五、升压变电站的直击雷保护五、升压变电站的直击雷保护 2 2、升压变电站的防雷等级、升压变电站的防雷等级一类建筑物一类建筑物 （3）防直击雷实践）防直击雷实践 对110

20、kV及以上的配电装置，由于电气设备的绝缘水平较高，可将避雷针装设在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率较大的地区（1000m），宜装设独立避雷针。湖北湖北500kV500kV咸宁变电站主变高咸宁变电站主变高压侧引线构架避雷针压侧引线构架避雷针湖北湖北500kV500kV咸宁变电站主控通咸宁变电站主控通信楼独立避雷针信楼独立避雷针风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷五、升压变电站的直击雷保护五、升压变电站的直击雷保护 2 2、升压变电站的防雷等级、升压变电站的防雷等级一类建筑物一类建筑物 （3）防直击雷实践）防直击雷实践 66kV的

21、配电装置，允许将避雷针装设在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率500m的地区，宜装设独立避雷针。 35kV及以下配电装置架构或房顶上不宜装设避雷针。 变压器的绝缘较弱，又是变电站中最贵重的设备，所以变压器的门型架构上，不宜装设避雷针（线）。发电厂的主厂房一般不装设避雷针，以免发生感应或反击使继电保护误动作或造成绝缘损坏。风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷六、升压变电站的侵入波防护六、升压变电站的侵入波防护 1 1、雷电侵入波防护、雷电侵入波防护 安装避雷器安装避雷器限制雷电过电压限制雷电过电压正确选择避雷器的型号、正确选择避雷

22、器的型号、参数；参数；合理地确定避雷器接线；合理地确定避雷器接线；限制雷电波陡度及流过避限制雷电波陡度及流过避雷器雷电流幅值雷器雷电流幅值风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷六、升压变电站的侵入波防护六、升压变电站的侵入波防护 2 2、避雷器的防护距离、避雷器的防护距离 雷电冲击波雷电冲击波避雷器的防护距离避雷器的防护距离 雷电波沿变电站进线侵入，避雷器连接点距离变压器雷电波沿变电站进线侵入，避雷器连接点距离变压器连接点的最大允许电气距离，称为连接点的最大允许电气距离，称为避雷器的防护距离避雷器的防护距离。风电机组防雷与接地风电机组

23、防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷七、升压变电站的进线段保护七、升压变电站的进线段保护 1 1、进线段保护的作用和机理、进线段保护的作用和机理 变电站的进线段保护的作用是变电站的进线段保护的作用是限制流经避雷器的雷电流和限制流经避雷器的雷电流和限制侵入波的陡度。限制侵入波的陡度。 为使避雷器能可靠地保护变压器，还必须设法为使避雷器能可靠地保护变压器，还必须设法限制侵入限制侵入波陡度波陡度，同时，同时，应限制流过避雷器的雷电流的大小应限制流过避雷器的雷电流的大小，以降低以降低残压残压，尤其是不能超过避雷器的额定通流能力，否则避雷器，尤其是不能超过避雷器的额定

24、通流能力，否则避雷器就会烧坏。就会烧坏。 雷电侵入波沿导线雷电侵入波沿导线传播时有损耗传播时有损耗。可以在变电站进线段，。可以在变电站进线段，即即距变电站距变电站1 12km2km的这段线路上加强防雷保护。的这段线路上加强防雷保护。风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷七、升压变电站的进线段保护七、升压变电站的进线段保护 2 2、进线段的耐雷水平、进线段的耐雷水平 在靠近变电站在靠近变电站1km2km的一段进线上加强防雷保护措的一段进线上加强防雷保护措施，即进线段保护。当线路全线无避雷线时，这段线路必施，即进线段保护。当线路全线无避雷

25、线时，这段线路必须架设避雷线；当线路全线有避雷线时，也将变电站附近须架设避雷线；当线路全线有避雷线时，也将变电站附近2km长的一段进线列为进线保护段，进线保护段应具有较长的一段进线列为进线保护段，进线保护段应具有较高的高的耐雷水平耐雷水平。 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷七、升压变电站的进线段保护七、升压变电站的进线段保护 3 3、进线段防雷保护实践、进线段防雷保护实践 （1）对三芯电缆，末端的金属外皮应直接接地。对单芯电缆，因为不许外皮流过工频感应电流而不能两端同时接地，且需限制末端形成很高的过电压，所以应经金属氧化物电缆护

26、层保护器（FC）或保护间隙（FG）接地。 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷七、升压变电站的进线段保护七、升压变电站的进线段保护 3 3、进线段防雷保护实践、进线段防雷保护实践 （2） 35110kV无避雷线线路的进线段保护段TFZ2GB1GB1 2kmQF（3） 35kV35kV小容量变电站进线小容量变电站进线段的简易保护段的简易保护: :由于35kV小容量变电站范围小、接线简单，避雷器距变压器的电气距离一般在10m以内，故允许有较高的侵入波陡度。风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路

27、及升压变电站防雷七、升压变电站的进线段保护七、升压变电站的进线段保护 3 3、进线段防雷保护实践、进线段防雷保护实践 （2） 容量小于3150kVA变电站进线段保护500KV 500KV 线路避雷器线路避雷器220KV 220KV 母线避雷器母线避雷器风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第4章：集电线路及升压变电站防雷章：集电线路及升压变电站防雷八、升压变电站变压器的防雷保护八、升压变电站变压器的防雷保护 1 1、三绕组变压器侵入波过电压及防护、三绕组变压器侵入波过电压及防护高、低压侧断路器均闭合，都有避雷器，任一侧沿线路侵入雷电波都不会对另一侧绝缘造成威胁低压侧可能开路，且对地电容小，当高压或中压有雷电波侵入，低压侧过电压，绝缘易损坏，需在一相绕组出口装设避雷器；低压绕组外接25m以上的全金属外皮电缆线路时，对地电容足以限制感应过电压，无需安装避雷器中压绕组可能开路运行，其绝缘水平较高，不需要装设避雷器；高、中压变比很大，中压绕组的绝缘水平比高压绕组低得多时，需要装设避雷器双绕组双绕组三绕组：三绕组：正常运行正常运行 三绕组：三绕组：特殊运行特殊运行风电